KR100592054B1 - 순환 열 처리용 내압 용기 - Google Patents

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Abstract

대략 371℃(700℉) 이상의 온도 범위내에서 정밀한 열 순환을 하는 내압 용기가 제안된다. 수평으로 배열된 강판으로 구성된 통상의 내압 용기와 달리 이 내압 용기는 4,88m(16피트)보다 높은 높이의 강판들로 제작된다. 따라서 이 내압 용기는 원통부의 임계영역에서 주변의 용접선들이 존재하지 않고 최상의 내구성을 제공한다.
내압 용기

Description

순환 열 처리용 내압 용기{Pressure-Tight Vessel for Cyclic Thermal Handling}
도 1은 본 발명에 따른 내압 용기의 일 실시예로서, 스커트(skirt)부가 개략적으로 도시된 정면도
도 2는 본 발명에 따른 내압 용기의 다른 실시예의 정면도
도 3은 본 발명에 따른 내압 용기의 또 다른 실시예의 정면도
도 4는 원유 열분해 공정에서 사용된 내압 용기의 정면도
도 5는 도 1의 내압용기의 I-I선으로 절단한 확대 단면도
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 : 용기 12 : 베이스
14 : 원통부 16 : 상부
18 : 스커트 23 : 스팀구
24 : 공급구 26 : 너클부
30 : 순환 스팀 40 : 강판
42 : 수직 용접 44 : 강판의 하부링
46 : 상부링 60 : 회수구
62 : 분리포트
본 발명은 대략 371℃(700℉) 이상의 고온에서 열 순환을 통해 취급되어진 제품으로 대량의 생성물을 취급하기 위한 통상적인 내압 용기에 관한 것으로, 특히, 중질유 열분해 공정(delayed petroleum coking)에 이용할 수 있는 내압 용기에 관한 것이다.
중질유 열분해 공정이란 소량의 원유를 일정한 온도에서 가열하여 열분해되는 고체 코크스 산출물(solid coke product)과 탄화수소 증류액을 추출해 내는 하나의 과정이다. 일반적으로 액상 원유 공급 원료는 일차적인 증류과정을 거치게 되는데 이는 발화점이 회복되고 다량의 부산물이 남을 때까지 증류한다. 통상적으로 이 다량의 부산물은 내압 용기에 공급되기 전에 최소한 약 371℃(700℉)의 온도로 예비 가열된다. 내압 용기안에서, 상기 부산물이 부분적으로 분해될때까지 소량의 원유가 증발되지 않는 고압 상태에서 537℃(1000℉)까지 추가로 가열되어 진다.
상기 분해공정으로 인해 탄화수소 증기와 대량의 타르를 생산하게 되는데 이 분해과정은 삼투성의 코크스가 용기안에 남을때까지 계속 분해해 나간다. 상기 기화공정으로 인해 부산물에 기공 또는 홈들이 만들어지고 이러한 부산물이 용기내에 채워진다.
상기 용기가 다 채워지면, 상기 부산물을 냉각시켜서 코크스를 만들어 낸다.그 다음 상기 코크스는 어떤 남아있는 휘발성 찌꺼기들을 제거하기 위해 스팀으로 정화되어 진다.
상기 공정들을 완료하기 위하여 코크스를 식힐 때, 물을 첨가한다. 용기안에 수위가 점차적으로 상승함에 따라 상기 코크스가 93℃(200℉)이하 온도로 식는다.
생산 속도를 향상시키기 위하여, 종종 코크스의 식힘 동작이 가능한 빠르게 수행된다. 불행하게도 코크스 식힘 동작이 빨라지면, 용기가 침식되거나 구멍나는 현상이 가속화된다. 이 현상의 주요원인 중의 하나는 강판과 그 사이를 연결하기 위해 용접한 부분이 서로 다른 항복강도와 크립강도(yield and creep strength)를 가지고 있다는 점이다. 이 용접한 부위들에서, 열 순환에 의해 점차적으로 영구변형이 일어나고, 결국은 용접부분에 또는 그 근처에서 뒤틀어지고 금이 가서 종종 용기의 수명이 단축된다.
미국 특허 3,936,358에서 기술된 바와 같이, 식힘율을 제어함에 의해 용기에 생기는 뒤틀림과 금이 가는 현상을 줄이기 위해 몇몇의 방법들이 시도되었으나, 이렇게 하면 생산속도를 줄이는 결과를 가져올 수 도 있다.
최근에, 상기 용접 물질의 혼합물을 조정하는 방법이 나왔고, 이 방법은 강철판에 아주 걸맞는 크립강도가 있다. 이것은 용접부위에서 스트레스를 줄일 수 있고 용기의 수명을 향상시킬 수 있지만, 이 새로운 용접 물질들을 이용하여 제작된용기들은 상기한 문제점들을 해결할지 불투명하다.
따라서 극단적인 열 순환에도 잘 견딜 수 있는 내압 용기에 대한 필요성이 남는다.
본 발명은 원유 열분해의 과정에서 나타나는 온도의 급격한 열 순환에 대한 저항력을 향상시키고, 따라서 원유 열분해 과정에 사용될 때 그 수명이 향상되는 내압 용기를 제공함에 있다.
정밀한 열 순환에 의거 생성물들을 제조하기 위해 고안된 많은 용기들에서와 같이, 상기 용기는 수직으로 배열된 원통부를 가지며, 용기내에서 거의 모든 작업이 이루어진다. 상기 원통부는 일반적으로 3.05m×12.19m(10피트×40피트)로 된 큰 강판으로 만들어졌다.
이러한 목적으로 사용된 종래 용기들과 달리, 상기 강판들은 수평적으로 배열되기보다는 수직으로 배열된다. 상기 강판들을 이러한 방식으로 배열하면 각 강판의 수직 에지는 길이가 4.88m(16피트) 또는 8.1m(20피트) 보다 길어지고 수평 용접선이 존재하지 않는 임계 높이를 갖는 원통부를 제공한다. 대부분 통상적인 강판을 구부리는 장비는 폭 20피트(6.1m) 이상의 강판들을 구부리지 못한다. 따라서 3.05m×12.19m(10피트×40피트)의 강판을 비교적 쉽게 구부릴 수 있으면, 3.05m(10피트)의 에지는 똑바로 남고, 2.19m(40피트)의 모서리는 만곡 되지만, 본 발명에서 필요한 강판들로 밴딩하는 것이 어렵다. 다시말하면 본 발명에서 강판들은 길이가 4.88m(16피트) 또는 6.1m(20피트)보다 긴 직립의 에지들을 갖기 때문이다.
중질유 열분해 공정에 사용되는 내압 용기의 수명은 일반적으로 용기 베이스의 밑바닥 4.88m(16피트) 근처 또는 4.88m(16피트) 내에서 수평(또는 주위의) 용접선들에서 침식되거나 구멍나는 현상에 근거하였다. 상기한 관점에서 수평 용접선들 을 제거한다면, 용기의 수명 향상이 상당히 기대된다. 양자 택일적으로 용기의 임계부가 더 높은 위치에 놓여지는 것으로 고려된다면, 수직으로 배열된 강판들을 거기에 놓을수도 있다.
이하, 본 발명에 따른 순환 열 처리용 내압 용기의 바람직한 일 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 정밀한 열 순환 조건하에서 긴 수명을 제공하는 내압 용기의 일례를 나타낸다.
도시된 용기(10)는 중질유 열분해 공정에 적합하게 설계되었고, 베이스(12), 원통부(14), 상부(16) 그리고 스커트(18)를 포함한다. 상기 용기 높이는 9.14m-39.62m(30피트-130피트) 이상이고, 직경은 약 3.66m-15.24m(12피트-50피트) 이상이다.
용적량은 적어도 약 3.04813cm(100003피트) 이다. 상기 용기는 대략 371℃-537℃(700-1000℉)에서 대략 93.33℃(200℉) 까지의 온도 범위내에서 생성물들을 처리하는 주기에 잘 견디어낼 수 있다. 예시한 바와 같이, 상기 용기는 50-550psig까지의 내부 압력에 잘 견디어낼 수 있다.
상기 베이스(12)는 용기에서 처리된 코크스가 베이스 개구(22)로 잘빠져 나갈 수 있도록 소정각도로 구부러진 측면들(2)을 갖는다. 또한 상기 베이스는 코크스가 식기전에 잔존하는 휘발성 물질을 제거하기 위해 에너지를 부가하기 위한 스팀구(23)를 가지며, 용기에 중질유와 냉각수를 공급하기 위한 공급구(24)를 구비한다. 상기 베이스는 원통부(14)와 연통하는 너클(26) 형태의 전이부를 포함한다. 상 기 베이스의 정밀한 배치는 본 발명에서 필수적인 것이 아니고, 원통부의 바닥이 폐쇄된 내압 용기의 다른 형태에 대해서 전술한 바와 같은 분리 베이스가 불필요하다.
상기 용기(10)의 원통부(14)가 가장 중요한 부분이다. 도 4를 참조하면, 중질류 분해공정에 사용된 통상적인 구조의 내압 용기(10')는 수평으로 배열된 강판들을 사용하여 제작되는데, 인접한 강판들의 열 사이에서 주변의 열들로 이어 붙여진다. 주변의 용접선들에서 또는 그 근처에서 침식이나 최후로 틈이 생기는데, 이 틈은 대체로 용기의 최종 수명까지 원통부중 하나의 4.88m(16피트) 근처나 그 범위내에서 생긴다. 이러한 주변의 용접선들은 도 1에 도시한 바와 같이, 내압 용기(10)의 임계 영역에서 제거되고 결과적으로 용기의 수명이 길어진다. 상기 원통부(14)는 너비 3.05m(10피트), 길이 6.1m(20피트) 이상의 강판들을 일련의 직립한 상태로 조립한다. 상기 용기내에 예측되는 50-550psig 내압을 수용하기 위해 상기 강판들의 두께는 대략 3.81cm(1½인치)이다. 또한 다른 폭과 두께의 강판들이 사용될 수 있다. 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 강판들(40)은 수직 용접(42)에 의해 서로 연결되어 있다.
도 1과 도 2를 참조하면, 상기 원통부(14)는 너클(26)에 의해 베이스(40)에 직접 붙어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 용기의 임계부(48)가 아주 높다면 상기 강판들(40)은 강판의 하부링(44)에 놓일 수 있다.
통상적으로, 본 발명에서와 같은 내압 용기들을 만들기 위해 너비 1.52m-4.88m(5피트-16피트)짜리 강판이 사용되었다. 여기서 사용된 강판들은 너비 3.05m(10피트)짜리 이다. 이러한 강판들을 수평으로 배열할 때, 원통부의 6.1m(20피트)마다 3개 주변의 용접선들이 생기게 된다. 수직 에지들이 6.1m(20피트)가 넘는 강판들을 사용함으로써 적어도 2개 주변의 용접선들을 제거할 수 있는 이점이 있다. 내부 압력에 대한 최적의 내구성을 제공하기 위하여 상기 원통부(14)는 만곡되고 바람직하게는 원형 단면을 갖는다. 바람직한 원형 단면을 만들기 위하여 상기 직립한 강판(40)은 그 너비(통상적인 용기들과 같이)대신에 긴 길이를 가로질러 만곡되었다. 이것은 어쩌면 더 어렵고 비싸지만, 상기 강판을 압연하거나 다른 방법으로 구부릴 수 도 있다. 통상적으로 배열된 강판들 보다 직립한 강판(40)들을 사용한 결과, 원통부의 임계면(48)이내에 용접선들은 직립한 인접한 강판들 사이에 생긴 수직 용접선(42)들이다. 주변의 봉합선들을 용접함으로써 이들 수직한 용접선들은 중질유 열분해 공정의 극한 조건하에서도 상대적으로 내구성이 있는 것으로 입증되었다.
도 2와 도 3에 도시한 바와 같이, 통상적으로 배열된 강판들로 이루어진 상부링(upper ring)(46)은 상기 직립한 강판(40)에 배치되어 있다. 내구성면에서 보자면 도 1에 도시된 바와 같이 원통부(14)의 전체 높이가 연장된 강판들을 사용함으로써, 상기 원통부(14)내에 모든 주변 용접선들을 제거할 수 있다. 경제적인면에서 특히 높은 용기들을 사용하는 것은 실용적이지 못하다. 용기의 다른 부분에서는 별 문제가 없기 때문에 극심한 열 순환을 받는 임계부(48)에 주변의 봉합선들만 없다면 많은 이점들이 있다.
이러한 상황하에서 상기 원통부(14)의 하부 에지 위쪽으로 축소된 두께를 제 공하는 테이퍼 강판들(40)이 유용하다. 상기 원통부의 상부가 하부보다 튼튼할 필요가 없다. 양자 택일로 강판들이 일정한 두께를 갖는다면, 인접한 강판들 사이에 수직 용접의 두께는 보다 작은 길이를 필요로 하는 용기의 상단부에서 감소되어 진다. 또한 달리 원한다면, 너클들(26)과 같은 전이부들은 소망하는 직립한 강판들의 일단 또는 양단과 다른 강판들, 베이스 영역들, 상부중 어느 곳에도 형성시킬 수 있다.
상기 용기(10)의 원통부(14)는 상부(16)에 의해 덮혀진다. 상부는 통상적으로 반구형이고, 극심한 열 순환 동안 감소된 스팀량을 제공한다. 또한 다른 구성도 유용한데, 상부는 중질유 열분해 공정동안에 용기에서 탄화수소 증기들을 빼내기 위한 회수구(60)와 용기에서 코크스를 빼낼 때 사용되는 큰 송곳을 이용할 수 있는 분리포트(62)를 갖는다. 상기 용기가 다른 목적들로 사용되어진다면 상기 회수구와 포트는 불필요하다.
스커트(18)는 용기의 주변에서 휘어지고, 베이스(12)의 상부에 있는 너클부(26)와 바닥(80) 사이에 연장되며, 원래 위치에서 용기(10)를 지지하기 위해 사용된다.
본 발명에 따른 순환 열 처리용 내압 용기의 효과는 상술한 바와 같다.
전술한 상세한 설명은 단지 이해의 명백함을 위해 주어진 것이고, 본 발명의 실시예에 국한되지 않으며, 통상의 지식을 가진자에 의거 변조가 가능함이 명백하다.

Claims (19)

  1. 371℃(700℉) 이상의 고온에서 열 순환을 통해 생성물의 순환 취급을 위해 적어도 3.04811m(10,0003피트)의 용적량을 갖는 내압 용기에 있어서;
    베이스; 그리고
    수직 에지들을 갖는 강판 세트와, 상기 베이스중 하나의 4.88m(16피트) 이내에 수평 용접선들을 갖지 않도록 길이가 4.88m(16피트) 보다 긴 베이스에 인접하여 각 강판의 수직 에지들로 이루어진 원통부를 구비하고, 상기 원통부가 상기 베이스에 인접하여 수직으로 배치된 것을 특징 하는 내압 용기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 베이스는 생성물을 냉각하기 위한 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 내압 용기.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 내압 용기는 용기안의 생성물들에 에너지를 부가하여 위한 스팀구를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 내압 용기.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 용기는 반구형 지붕을 구비하는 것을 특징으로 하는 내압 용기.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 원통부는 원형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 내 압 용기.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 강판들은 (1.52-15.24m)(8피트-50피트) 반경에서 그들 길이에 따라 압입 형성된 1.52m-6.10m(5피트-20피드) 너비의 강판들인 것을 특징으로 하는 내압 용기.
  7. 제 1 항에 있어서, 수직으로 배치된 원형 강판들의 일단에 전이부가 형성됨을 특징으로 하는 내압 용기.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 베이스보다 더 두껍거나 얇은 강판들이 경사져 있는 것을 특징으로 하는 내압 용기.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 원통부는 그 하부 에지에 인접한 각 강판의 상기 수직 에지들은 길이가 적어도 6.1m(20피트)이고, 35.36m(116피트)의 상기 베이스 내에 수평 용접선들을 갖지 않는 것을 특징으로 하는 내압 용기.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 강판들 사이에 수직 용접선들은 상기 베이스보다 상대적으로 매우 두껍거나 상기 베이스의 두께보다 얇은 것을 특징으로 하는 내압 용기.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 내압 용기는,
    상기 내압 용기에 원유 증류액을 공급하기 위한 수단과,
    상기 내압 용기에서 탄화수소 증기들을 제거하기 위한 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 내압 용기.
  12. 371℃(700℉) 이상의 고온에서 열 순환을 통해 생성물의 순환 취급을 위해 적어도 3.04811m(10,0003피트)의 용적량을 갖는 내압 용기에 있어서, 상기 용기는 수직으로 배치된 원통부를 구비하고, 상기 원통부는 수직 에지들을 갖는 강판 세트를 구비하며, 상기 강판의 수직 에지들은 그 길이가 6.1m(20피트)보다 커져서 상기 원통부가 6.1m(20피트) 원통부내에 수평 용접선들을 갖지 않도록 함을 특징 하는 내압 용기.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 용기는 생성물을 냉각하기 위한 수단과 함께 베이스 아래에 원통부를 더 구비함을 특징으로 하는 내압 용기.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 용기에 스팀을 공급하기 위한 수단을 더 구비함을 특징으로 하는 내압 용기.
  15. 제 12 항에 있어서, 상기 용기에서 탄화수소 증기들을 제거하기 위한 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 내압 용기.
  16. 제 12 항에 있어서, 상기 용기는 반구형 지붕을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 내압 용기.
  17. 제 12 항에 있어서, 상기 원통부는 원형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 내압 용기.
  18. 제 12 항에 있어서, 상기 강판들은 1.52m-15.24m(8피트-50피트) 반경에서 그들 길이에 따라 압입 형성된 1.52m-6.10m(5피트-20피트) 너비의 강판들인 것을 특징으로 하는 내압 용기.
  19. 제 12 항에 있어서, 수직으로 배치된 원형 강판들의 일단에 전이부가 형성됨을 특징으로 하는 내압 용기.
KR1019990055243A 1998-12-09 1999-12-06 순환 열 처리용 내압 용기 KR100592054B1 (ko)

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US09/207,803 1998-12-09
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